№ | Формула | Допустимые значения аргумента |
---|---|---|
1.1 | sin2α+cos2α=1{\displaystyle \operatorname {sin} ^{2}\alpha +\operatorname {cos} ^{2}\alpha =1} | ∀α{\displaystyle \forall \alpha } |
1.2 | tg2α+1=1cos2α=sec2α{\displaystyle \operatorname {tg} ^{2}\alpha +1={\frac {1}{\cos ^{2}\alpha }}=\operatorname {sec} ^{2}\alpha } | α≠π2+πn,n∈Z{\displaystyle \alpha \neq {\frac {\pi }{2}}+\pi n,n\in \mathbb {Z} } |
1.3 | ctg2α+1=1sin2α=cosec2α{\displaystyle \operatorname {ctg} ^{2}\alpha +1={\frac {1}{\sin ^{2}\alpha }}=\operatorname {cosec} ^{2}\alpha } | α≠πn,n∈Z{\displaystyle \alpha \neq \pi n,n\in \mathbb {Z} } |
1.4 | tgα⋅ctgα=1{\displaystyle \operatorname {tg} \alpha \cdot \operatorname {ctg} \alpha =1} |
ru-wiki.ru
Основные тригонометрические формулы
В самом начале этой статьи мы с Вами рассмотрели понятие тригонометрических функций. Основное назначение их назначение – это изучение основ тригонометрии и исследование периодических процессов. И тригонометрический круг мы не зря рисовали, потому что в большинстве случаев тригонометрические функции определяются, как отношение сторон треугольника или его определенных отрезков в единичной окружности. Так же я упоминал о неоспоримо огромном значении тригонометрии в современной жизни. Но наука не стоит на месте, в результате мы можем значительно расширить область применения тригонометрии и перенести ее положения на вещественные, а иногда и на комплексные числа.
Формулы тригонометрии бывают нескольких видов. Рассмотрим их по порядку.
Соотношения тригонометрических функций одного и того же угла
Выражения тригонометрических функций друг через друга
(выбор знака перед корнем определяется тем, в какой из четвертей круга расположен угол ?)
Далее следуют формулы сложения и вычитания углов:
Формулы двойных, тройных и половинных углов.
Замечу, что все они проистекают из предыдущих формул.
Формулы преобразования тригонометрических выражений:
Здесь мы подошли к рассмотрению такого понятия как основные тригонометрические тождества.
Тригонометрическое тождество — это равенство, которое состоит из тригонометрических соотношений и которое выполняется для всех значений величин углов, которые входят в него.
Рассмотрим наиболее важные тригонометрические тождества и их доказательства:
Первое тождество вытекает из самого определения тангенс.
Возьмем прямоугольный треугольник, в котором имеется острый угол х при вершине А.
Для доказательства тождеств необходимо воспользоваться теоремой Пифагора:
(ВС) 2 + (АС) 2 = (АВ) 2
Теперь разделим на (АВ) 2 обе части равенства и припомнив определения sin и cos угла, мы получаем второе тождество:
(ВС) 2/(AB) 2 + (AC) 2/(AB) 2 = 1
sin x = (BC)/(AB)
cos x = (AC)/(AB)
sin2 x + cos2 x = 1
Для доказательства третьего и четвертого тождеств воспользуемся предыдущим доказательством.
Для этого обе части второго тождества разделим на cos2 x:
sin2 x/ cos2 x + cos2 x/ cos2 x = 1/ cos2 x
sin2 x/ cos2 x + 1 = 1/ cos2 x
Исходя из первого тождества tg x = sin х /cos x получаем третье:
1 + tg2 x = 1/cos2 x
Теперь разделим второе тождество на sin2 x:
sin2 x/ sin2 x + cos2 x/ sin2 x = 1/ sin2 x
1+ cos2 x/ sin
cos2 x/ sin2 x есть не что иное, как 1/tg2 x, поэтому получаем четвертое тождество:
1 + 1/tg2 x = 1/sin2 x
Пришла пора вспомнить теорему о сумме внутренних углов треугольника, которая гласит, что сумма углов треугольника = 1800. Получается, что при вершине В треугольника находится угол, величина которого 1800 – 900 – х = 900 – х.
Опять вспомним определения для sin и cos и получаем пятое и шестое тождества:
sin x = (BC)/(AB)
cos(900– x ) = (BC)/(AB)
cos(900– x ) = sin x
Теперь выполним следующее:
cos x = (AC)/(AB)
sin(900– x ) = (AC)/(AB)
sin(900– x ) = cos x
Как видите – здесь все элементарно.
Существуют и другие тождества, которые используются при решении математических тождеств, я приведу их просто в виде справочной информации, потому как все они проистекают из вышерассмотренных.
sin 2х =2sin х*cos х
cos 2х =cos2х -sin2х =1-2sin2х =2cos2х -1
tg 2x = 2tgx/(1 — tg2 x)
сtg 2x = (сtg2 x — 1) /2сtg x
sin3х =3sin х — 4sin3х
cos3х =4cos3х — 3cos х
tg 3x = (3tgx – tg3 x) /(1 — 3tg2 x)
сtg 3x = (сtg3x – 3сtg x) /(3сtg2 x — 1)
Когда-то, будучи школьником, я с удовольствием применял эти формулы для решения различного рода задач, как то упростить выражение или решить уравнение. Главное разглядеть — куда и какую формулу необходимо применить, и тогда многоярусная конструкция превращается в обычное числовое выражение. Очень полезная штука для развития логического мышления!
Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:
reshit.ru
Формулы тригонометрии Вики
Тригонометрические тождества — математические выражения для тригонометрических функций, которые выполняются при всех значениях аргумента (из общей области определения).
Основные тригонометрические формулы[ | код]
- Формула (1.1) является следствием теоремы Пифагора.
- Формулы (1.2) и (1.3) получаются из формулы (1.1) делением на cos2α{\displaystyle \cos ^{2}\alpha } и sin2α{\displaystyle \sin ^{2}\alpha } соответственно.
- Формула (1.4) следует из определений тангенса и котангенса.
Замечание[ | код]
Есть и другие тригонометрические функции.
Формулы сложения и вычитания аргументов[ | код]
№ | Формулы сложения и вычитания аргументов |
---|---|
2.1 | sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ{\displaystyle \sin \left(\alpha \pm \beta \right)=\sin \alpha \cos \beta \pm \cos \alpha \sin \beta } |
2.2 | cos(α±β)=cosαcosβ∓sinαsinβ{\displaystyle \cos \left(\alpha \pm \beta \right)=\cos \alpha \cos \beta \mp \sin \alpha \sin \beta } |
2.3 | tg(α±β)=tgα±tgβ1∓tgαtgβ{\displaystyle \operatorname {tg} \left(\alpha \pm \beta \right)={\frac {\operatorname {tg} \alpha \pm \operatorname {tg} \beta }{1\mp \operatorname {tg} \alpha \operatorname {tg} \beta }}} |
2.4 | ctg(α±β)=ctgαctgβ∓1ctgβ±ctgα{\displaystyle \operatorname {ctg} \left(\alpha \pm \beta \right)={\frac {\operatorname {ctg} \alpha \operatorname {ctg} \beta \mp 1}{\operatorname {ctg} \beta \pm \operatorname {ctg} \alpha }}} |
Формула (2.3) получается при делении (2.1) на (2.2). А формула (2.4) — при делении (2.2) на (2.1).
Вывод формул для sin(α+β), cos(α+β){\displaystyle \sin(\alpha +\beta ),\ \cos(\alpha +\beta )}Формулы двойного угла и половинного угла[ | код]
Формулы двойного угла выводятся из формул (2.1)—(2.4) , если принять, что угол β равен углу α:
Примечания
для формулы tg2α{\displaystyle \operatorname {tg} 2\alpha }:
- α≠π4+π2n,n∈Z,{\displaystyle \alpha \not ={\frac {\pi }{4}}+{\frac {\pi }{2}}n,n\in \mathbb {Z} ,}
- α≠π2+πn,n∈Z,{\displaystyle \alpha \not ={\frac {\pi }{2}}+\pi n,n\in \mathbb {Z} ,}
для формулы ctg2α{\displaystyle \operatorname {ctg} 2\alpha }: α≠π2+πn,n∈Z.{\displaystyle \alpha \not ={\frac {\pi }{2}}+\pi n,n\in \mathbb {Z} .}
Из формулы двойного угла для косинуса (3.2) выводятся формулы половинного угла:
№ | Формулы половинного угла |
---|---|
3.5 | sinα2=±1−cosα2{\displaystyle \sin {\alpha \over 2}=\pm {\sqrt {1-\cos \alpha \over 2}}} |
3.6 | cosα2=±1+cosα2{\displaystyle \cos {\alpha \over 2}=\pm {\sqrt {1+\cos \alpha \over 2}}} |
3.7 | tgα2=±1−cosα1+cosα=sinα1+cosα=1−cosαsinα{\displaystyle \operatorname {tg} {\alpha \over 2}=\pm {\sqrt {1-\cos \alpha \over 1+\cos \alpha }}={\sin \alpha \over 1+\cos \alpha }={1-\cos \alpha \over \sin \alpha }} |
Формулы тройного угла[ | код]
Формулы тройного угла выводятся из формул (2.1)—(2.4) , если принять, что угол β равен углу 2α:
№ | Формулы тройного угла |
---|---|
4.1 | sin3α=3sinα−4sin3α{\displaystyle \sin 3\alpha =3\sin \alpha -4\sin ^{3}\alpha } |
4.2 | cos3α=4cos3α−3cosα{\displaystyle \cos 3\alpha =4\cos ^{3}\alpha -3\cos \alpha } |
4.3 | tg3α=3tgα−tg3α1−3tg2α{\displaystyle \operatorname {tg} 3\alpha ={\frac {3\operatorname {tg} \alpha -\operatorname {tg} ^{3}\alpha }{1-3\operatorname {tg} ^{2}\alpha }}} |
4.4 | ctg3α=3ctgα−ctg3α1−3ctg2α{\displaystyle \operatorname {ctg} 3\alpha ={\frac {3\operatorname {ctg} \alpha -\operatorname {ctg} ^{3}\alpha }{1-3\operatorname {ctg} ^{2}\alpha }}} |
Примечания
для формулы tg3α{\displaystyle \operatorname {tg} 3\alpha }: α≠π6+π3n,n∈Z{\displaystyle \alpha \not ={\frac {\pi }{6}}+{\frac {\pi }{3}}n,n\in \mathbb {Z} }
для формулы ctg3α{\displaystyle \operatorname {ctg} 3\alpha }: α≠π3n+πn,n∈Z{\displaystyle \alpha \not ={\frac {\pi }{3}}n+\pi n,n\in \mathbb {Z} };
Формулы понижения степени[ | код]
Формулы понижения степени выводятся из формул (3.2):
№ | Произведение |
---|---|
5.9 | sin2αcos2α=1−cos4α8{\displaystyle \sin ^{2}\alpha \cos ^{2}\alpha ={\frac {1-\cos 4\alpha }{8}}} |
5.10 | sin3αcos3α=3sin2α−sin6α32{\displaystyle \sin ^{3}\alpha \cos ^{3}\alpha ={\frac {3\sin 2\alpha -\sin 6\alpha }{32}}} |
5.11 | sin4αcos4α=3−4cos4α+cos8α128{\displaystyle \sin ^{4}\alpha \cos ^{4}\alpha ={\frac {3-4\cos 4\alpha +\cos 8\alpha }{128}}} |
5.12 | sin5αcos5α=10sin2α−5sin6α+sin10α512{\displaystyle \sin ^{5}\alpha \cos ^{5}\alpha ={\frac {10\sin 2\alpha -5\sin 6\alpha +\sin 10\alpha }{512}}} |
Формулы преобразования произведения функций[ | код]
№ | Формулы преобразования произведений функций |
---|---|
6.1 | sinαsinβ=cos(α−β)−cos(α+β)2{\displaystyle \sin \alpha \sin \beta ={\frac {\cos(\alpha -\beta )-\cos(\alpha +\beta )}{2}}} |
6.2 | sinαcosβ=sin(α−β)+sin(α+β)2{\displaystyle \sin \alpha \cos \beta ={\frac {\sin(\alpha -\beta )+\sin(\alpha +\beta )}{2}}} |
6.3 | cosαcosβ=cos(α−β)+cos(α+β)2{\displaystyle \cos \alpha \cos \beta ={\frac {\cos(\alpha -\beta )+\cos(\alpha +\beta )}{2}}} |
Вывод формул преобразования произведений функций
Формулы преобразования произведения функций выводятся из формул сложения аргументов (2.1) и (2.2). Например, из формулы (2.1) следует:
- sin(α+β)+sin(α−β)=sinαcosβ+cosαsinβ+sinαcosβ−cosαsinβ={\displaystyle \sin(\alpha +\beta )+\sin(\alpha -\beta )=\sin \alpha \cos \beta +\cos \alpha \sin \beta +\sin \alpha \cos \beta -\cos \alpha \sin \beta =}
- =2sinαcosβ{\displaystyle =2\sin \alpha \cos \beta }.
То есть:
- sinαcosβ=sin(α+β)+sin(α−β)2{\displaystyle \sin \alpha \cos \beta ={\frac {\sin(\alpha +\beta )+\sin(\alpha -\beta )}{2}}} — формула (6.2).
Остальные формулы преобразования произведений функций выводятся аналогично.
Формулы преобразования суммы функций[ | код]
Вывод формул преобразования суммы функций
Преобразование суммы синусов 3-x разных углов в произведение при :α +β +γ =360∘{\displaystyle \alpha \ +\beta \ +\gamma \ =360^{\circ }} :
- sinα+sinβ+sinγ=4sinα2 sinβ2 sinγ2{\displaystyle \sin \alpha +\sin \beta +\sin \gamma =4\sin {\frac {\alpha }{2}}\ \sin {\frac {\beta }{2}}\ \sin {\frac {\gamma }{2}}} (7.6)
Решение простых тригонометрических уравнений[ | код]
- sinx=a.{\displaystyle \sin x=a.}
- Если |a|>1{\displaystyle |a|>1} — вещественных решений нет.
- Если |a|⩽1{\displaystyle |a|\leqslant 1} — решением является число вида x=(−1)narcsina+πn; n∈Z.{\displaystyle x=(-1)^{n}\arcsin a+\pi n;\ n\in \mathbb {Z} .}
- cosx=a.{\displaystyle \cos x=a.}
- Если |a|>1{\displaystyle |a|>1} — вещественных решений нет.
- Если |a|⩽1{\displaystyle |a|\leqslant 1} — решением является число вида x=±arccosa+2πn; n∈Z.{\displaystyle x=\pm \arccos a+2\pi n;\ n\in \mathbb {Z} .}
- tgx=a.{\displaystyle \operatorname {tg} \,x=a.}
- Решением является число вида x=arctga+πn; n∈Z.{\displaystyle x=\operatorname {arctg} \,a+\pi n;\ n\in \mathbb {Z} .}
- ctgx=a.{\displaystyle \operatorname {ctg} \,x=a.}
- Решением является число вида x=arcctga+πn; n∈Z.{\displaystyle x=\operatorname {arcctg} \,a+\pi n;\ n\in \mathbb {Z} .}
Универсальная тригонометрическая подстановка[ | код]
Тождества имеют смысл, только когда существуют обе части (то есть при α≠π+2πn{\displaystyle \alpha \neq \pi +2\pi n}).
sinα=2tgα21+tg2α2{\displaystyle \sin \alpha ={\frac {2\,{\operatorname {tg} }\,{\frac {\alpha }{2}}}{1+\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}}} | cosα=1−tg2α21+tg2α2{\displaystyle \cos \alpha ={\frac {1-\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}{1+\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}}} |
tgα=2tgα21−tg2α2{\displaystyle \operatorname {tg} \,\alpha ={\frac {2\,{\operatorname {tg} }\,{\frac {\alpha }{2}}}{1-\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}}} | ctgα=1−tg2α22tgα2{\displaystyle \operatorname {ctg} \,\alpha ={\frac {1-\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}{2\,{\operatorname {tg} }\,{\frac {\alpha }{2}}}}} |
secα=1+tg2α21−tg2α2{\displaystyle \sec \alpha ={\frac {1+\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}{1-\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}}} | cosecα=1+tg2α22tgα2{\displaystyle \operatorname {cosec} \,\alpha ={\frac {1+\operatorname {tg} ^{2}{\frac {\alpha }{2}}}{2\,{\operatorname {tg} }\,{\frac {\alpha }{2}}}}} |
Вспомогательный аргумент (формулы сложения гармонических колебаний)[ | код]
Сумма двух гармонических колебаний с одинаковой частотой будет вновь гармоническим колебанием. В частности,
- asinx+bcosx=a2+b2sin(x+φ){\displaystyle a\sin x+b\cos x={\sqrt {a^{2}+b^{2}}}\sin(x+\varphi )}
где a,b∈R{\displaystyle a,b\in \mathbb {R} }, a{\displaystyle a} и b{\displaystyle b} не равны нулю одновременно, φ{\displaystyle \varphi } — это угол, называемый вспомогательным аргументом, который может быть найден из системы уравнений:
- {sinφ=ba2+b2,cosφ=aa2+b2.{\displaystyle \left\{{\begin{matrix}\sin \varphi ={\dfrac {b}{\sqrt {a^{2}+b^{2}}}},\\\cos \varphi ={\dfrac {a}{\sqrt {a^{2}+b^{2}}}}.\end{matrix}}\right.}
Примечание. Из вышеприведённой системы следует, что tgφ=ba{\displaystyle \mathrm {tg} \,\varphi \,=\,{\tfrac {b}{a}}}, однако нельзя всегда считать, что φ=arctgba{\displaystyle \varphi \,=\,\mathrm {arctg} \,{\tfrac {b}{a}}}. Нужно учитывать знаки a{\displaystyle a} и b{\displaystyle b} для определения, к какой четверти принадлежит угол φ{\displaystyle \varphi }.
Полезные тождества[ | код]
В приведённых ниже формулах числа k{\displaystyle k} и n{\displaystyle n} целые.
sin(π4+x)=cos(π4−x).{\displaystyle \sin \left({\frac {\pi }{4}}+x\right)=\cos \left({\frac {\pi }{4}}-x\right).}
sin(π4−x)=cos(π4+x).{\displaystyle \sin \left({\frac {\pi }{4}}-x\right)=\cos \left({\frac {\pi }{4}}+x\right).}
1±sinx=2sin2(π4±x2).{\displaystyle 1\pm \sin x=2\sin ^{2}\left({\frac {\pi }{4}}\pm {\frac {x}{2}}\right).}
1+cosx=2cos2(x2).{\displaystyle 1+\cos x=2\cos ^{2}\left({\frac {x}{2}}\right).}
1−cosx=2sin2(x2).{\displaystyle 1-\cos x=2\sin ^{2}\left({\frac {x}{2}}\right).}
sin2x=11+ctg2x.{\displaystyle \sin ^{2}x={\frac {1}{1+\operatorname {ctg} ^{2}x}}.}
cos2x=11+tg2x.{\displaystyle \cos ^{2}x={\frac {1}{1+\operatorname {tg} ^{2}x}}.}
sin2x−sin2y=sin(x−y)⋅sin(x+y).{\displaystyle \sin ^{2}x-\sin ^{2}y=\sin(x-y)\cdot \sin(x+y).}
cos2x−cos2y=−sin(x−y)⋅sin(x+y).{\displaystyle \cos ^{2}x-\cos ^{2}y=-\sin(x-y)\cdot \sin(x+y).}
cos2x−sin2y=cos(x−y)⋅cos(x+y).{\displaystyle \cos ^{2}x-\sin ^{2}y=\cos(x-y)\cdot \cos(x+y).}
sin2x+sin2y=2cos(x−y)⋅sin(x+y).{\displaystyle \sin 2x+\sin 2y=2\cos(x-y)\cdot \sin(x+y).}
sin2x−sin2y=2sin(x−y)⋅cos(x+y).{\displaystyle \sin 2x-\sin 2y=2\sin(x-y)\cdot \cos(x+y).}
cos2x+cos2y=2cos(x−y)⋅cos(x+y).{\displaystyle \cos 2x+\cos 2y=2\cos(x-y)\cdot \cos(x+y).}
cos2x−cos2y=−2sin(x−y)⋅sin(x+y).{\displaystyle \cos 2x-\cos 2y=-2\sin(x-y)\cdot \sin(x+y).}
sin2x+cos2y=2sin(π4+x−y)⋅sin(π4+x+y).{\displaystyle \sin 2x+\cos 2y=2\sin \left({\frac {\pi }{4}}+x-y\right)\cdot \sin \left({\frac {\pi }{4}}+x+y\right).}
sin2x−cos2y=−2sin(π4−x−y)⋅sin(π4−x+y).{\displaystyle \sin 2x-\cos 2y=-2\sin \left({\frac {\pi }{4}}-x-y\right)\cdot \sin \left({\frac {\pi }{4}}-x+y\right).}
sin3x+cos3x=(sinx+cosx)(1−sinxcosx).{\displaystyle \sin ^{3}x+\cos ^{3}x=(\sin x+\cos x)(1-\sin x\cos x).}
sin4x+cos4x=1−2sin2xcos2x=1−12sin2(2x)=34+14cos(4x).{\displaystyle \sin ^{4}x+\cos ^{4}x=1-2\sin ^{2}x\,\cos ^{2}x=1-{\frac {1}{2}}\sin ^{2}(2x)={\frac {3}{4}}+{\frac {1}{4}}\cos(4x).}
sin6x+cos6x=1−3sin2xcos2x=1−3sin2x+3sin4x=1−34sin2(2x)=58+38cos(4x).{\displaystyle \sin ^{6}x+\cos ^{6}x=1-3\sin ^{2}x\,\cos ^{2}x=1-3\sin ^{2}x+3\sin ^{4}x=1-{\frac {3}{4}}\sin ^{2}(2x)={\frac {5}{8}}+{\frac {3}{8}}\cos(4x).}
1±tgx=2sin(π4±x)cosx.{\displaystyle 1\pm \operatorname {tg} x={\frac {{\sqrt {2}}\sin \left({\frac {\pi }{4}}\pm x\right)}{\cos x}}.}
1±ctgx=2sin(π4±x)sinx.{\displaystyle 1\pm \operatorname {ctg} x={\frac {{\sqrt {2}}\sin \left({\frac {\pi }{4}}\pm x\right)}{\sin x}}.}
tgx=sin2xcos2x+1=1−cos2xsin2x.{\displaystyle \operatorname {tg} x={\frac {\sin 2x}{\cos 2x+1}}={\frac {1-\cos 2x}{\sin 2x}}.}
ctg2x−tg2x=4cos2xsin22x.{\displaystyle \operatorname {ctg} ^{2}x-\operatorname {tg} ^{2}x={\frac {4\cos 2x}{\sin ^{2}2x}}.}
sin3x=4sinx⋅sin(π3+x)⋅sin(π3−x).{\displaystyle \sin 3x=4\sin x\cdot \sin \left({\frac {\pi }{3}}+x\right)\cdot \sin \left({\frac {\pi }{3}}-x\right).}
ru.wikibedia.ru